现代大型电炉炼钢车间气体解决方案

现代大型电炉炼钢车间气体解决方案摘要：近年来，我国炼钢主要依赖电炉来进行，其具有很多优点，能够有效缩短冶炼周期、提高生产效率、降低生产成本、生产高附加值钢产品。本文介绍现代大型电炉炼钢车间生产中氧、氮、氩气的作用和用量，阐述现代大型电炉炼钢车间氧、氮、氩气体的生产和输送方案。关键词：现代大型电炉炼钢；空分设备；气体供应；方案引言应用电炉进行炼钢主要是以再生废钢为主要资源、以电力为主要能源，采用电炉一精炼一连铸一热轧流程，即“短流程〃，所生产的粗钢已占全球粗钢产量的三分之一左右。电炉炼钢是社会废弃物循环处理的重要手段，也是发展循环经济的一个环节。电炉炼钢的核心价值是：消化一处理大量的社会废弃物，实现钢铁工业生态化发展和实施循环经济。只有当冶炼周期缩短到临界值，高速快节奏的间歇型炼钢作业才有可能与连续型的连铸一轧钢作业协调进行，形成稳定的钢材制造生产流程，使电炉炼钢成为一种新型的以废钢资源再循环为主要目标的大规模的钢铁生产方法。1现代大型电炉炼钢车间氧、氮、氩气的作用在现阶段的电炉炼钢中，其主要的任务就是：向熔池供氧，把炉料中的碳氧化到规定范围；造渣去除原料中的硫、磷、氧以及钢中的气体如氢、氮和非金属夹杂物，以保证钢的质量；调整合金成分，符合出钢温度要求。可归纳为：四脱（碳、氧、硫、磷），二去（气、夹杂），二调整（成分、温度）。采用的主要手段为"供氧、造渣、升温、加脱氧剂、合金化操作”。现代电炉炼钢分为2种方式：第一种，兑铁水+废钢；第二种，全废钢冶炼。第一种电炉炼钢是中国联合钢铁企业普遍采用的方式，在电炉炼钢前面有炼铁高炉系统。无论是兑铁水+废钢冶炼，还是全废钢冶炼，2种方式都需要喷吹大量氧气。电炉吨钢耗氧与转炉吨钢耗氧越来越接近。例如：杭钢100吨电炉，冶炼周期53分钟，吹氧时间45分钟，吨钢耗氧42〜58m3/t，吹氧平均流量10.4万m3/h，吹氧最大流量16.8万m3/h。为了更好地喷吹氧气，在100t电炉侧壁布置4支氧枪、2支喷碳粉枪。氧枪主要是吹氧气，同时也可以吹天然气。碳粉枪主要是喷碳粉。通过吹氧气、天然气、喷碳粉，增加外来热源，作为现代电炉炼钢节能、缩短冶炼周期的主要手段。100t电炉的喷碳粉系统是外来热源的重要组成部分，在喷吹碳粉时需要氮气作为载体，所以需要提供压力为0.6MPa左右的氮气。100tLF炉、钢包在线吹氩，作为精炼吹氩，需要压力为0.8〜1.2MPa左右的氩气。连铸机切割钢坯需要0.8〜1.4MPa左右的氧气，用于切割钢坯。连铸机吹氩保护浇铸，需要压力为0.8〜1.2MPa左右的氩气。检修辅助用氧，需要压力为0.8〜1.4MPa左右的氧气。在每个氧气点用户，设置氧气用户点阀箱，根据用户使用压力进行调解。吹扫、仪表用氮气，需要压力为0.4〜0.6MPa左右的氮气，供吹扫、仪表用户点使用。2现代大型电炉炼钢车间氧、氮、氩气的用量现代电炉炼钢喷吹氧气成为炼钢节能、缩短冶炼周期的主要手段，精炼吹氩作为炼钢提高钢水质量的辅助方法，氮气作为气力输送、吹扫、仪表用气的重要气源。3现代大型电炉炼钢车间氧、氮、氩气设施的配置应用电炉进行炼钢，对氧气纯度的要求非常高，必须＞98%，对2%余量没有特殊要求。变压吸附制氧纯度一般可达到93%〜95%，其余7%的成分是：氩气占4.5%,氮气占2.5%。而氩气对炼钢有利，变压吸附制氧在国内电炉炼钢工艺中已经得到应用。变压吸附制氧相对低温精馏法制氧的优点：工艺流程简单，启动供氧快，操作维修简单，水电消耗和基建投资少；缺点：氧气纯度低，不能生产氮气、氩气及液氧、液氮、液氩产品，故障率高。低温精馏法制氧的优点：可以生产高纯度氧气、氮气、氩气及液氧、液氮、液氩产品，长周期安全、稳定运行，故障率低。而保障炼钢车间长期安全、稳定生产是最重要的因素，炼钢车间如果建1座电炉，配1套低温精馏法空分设备；如果建2座电炉，配1套低温精馏法空分设备，再配1套变压吸附制氧设备，互为备用、取长补短。杭钢100吨电炉炼钢工程，为满足炼钢车间对氧、氮、氩气的需求量，新建1套12000m3/h外压缩流程空分设备。12000m3/h空分设备采用分子筛吸附净化空气、空气增压透平膨胀机制冷、全精馏制氩流程，并配有液氧、液氮、液氩贮存加压、汽化和输送系统，采用DCS系统控制，具有流程先进、操作方便、运行可靠、能耗低等特点。4现代大型电炉炼钢车间氧、氮、氩气输送方式电炉炼钢车间对氧、氮、氩气的供应一般采用的是管道运输的方式，向各个用户点进行输送，管网包括：（1）电炉冶炼用氧气管道系统；（2）炼钢车间辅助用氧气管道系统；（3）电炉冶炼用氮气管道系统；（4）炼钢车间钢包底吹、LF炉、VD炉（预留）、连铸机保护用氩气管道系统。首先，由12000m3/h空分设备生产出来的氧气和氮气经过氧压机、氮压机的压缩，液氩经过液氩泵压缩、汽化，分别进入氧、氮、氩气球罐，再经过氧气站阀门室的调节，将氧气调压至1.4〜1.6MPa左右，氮气调压至0.4〜0.6MPa左右，氩气调压至1.4〜1.6MPa左右，输送到氧、氮、氩气管网系统并进入炼钢车间。氧气通过电炉阀门站的二次调节，压力0.8〜1.4MPa左右的氧气通过设在220t电炉侧壁的4支氧枪喷吹到电炉内。电炉阀站的供氧特点：每支氧枪有2套氧气调节系统，主调节系统供应0.8〜1.4MPa左右的氧气，供电炉吹氧使用，1支氧枪流量400〜4000m3/h。副调节系统供应0.8〜1.4MPa左右的氧气，通过氧枪环缝，保证吹氧的射流长度，使氧气更好地喷射到钢液中，吹氧效果更好。每支氧枪的压力、流量都可以单独调节，氧枪吹氧灵活，可以1支氧枪单独吹氧，也可以2支、3支氧枪一起吹氧，还可以4支氧枪一起吹氧。氩气经过LF炉、钢包、连铸机阀门站的二次调节，压力0.8〜1.2MPa左右的氩气供用户使用。由氧气站阀门室来的0.4〜0.6MPa左右的氮气，直接供碳粉喷吹、吹扫、仪表用户点使用。5电炉烟气二恶英减排技术发展趋势采用活性炭滤布吸附器、布袋除尘器以及二者的组合对垃圾焚烧烟气中二恶英的去除效果进行了实验研究，结果表明采用布袋除尘器+活性炭滤布吸附器二者的组合才能满足二恶英的排放达标。Ergebnisse研究指出布袋除尘器能有效地去除烧结烟气中固体吸附态二恶英，可使烟气中二恶英的总含量下降73%以上。国家环境保护部于2010年12月发布的《钢铁行业炼钢工艺污染防治最佳技术指南（试行）》中对电炉炼钢工序二恶英污染防治提出的污染防治最佳技术是烟气急冷和高效过滤技术。文中指出烟气急冷和高效过滤技术具有先进性和可行性，能达到较好的二恶英减排效果;同时指出烟气急冷技术存在运行成本高、耗水、烟气余热没有回收利用等缺点,减排但不节能。《钢铁工业污染防治技术政策（征求意见稿）》鼓励发展和应用高效过滤技术，认为这种技术是最可行的，而且又最经济、最有效。综上所述,国内电炉烟气二恶英减排技术的发展趋势仍然是采用高效过滤技术并结合余热回收的净化技术。国外的情况与国内不同，特别是欧洲发达国家，其对二恶英排放重视优先于余热回收，已禁止采用能够回收余热的废钢预热技术,因为该技术的废钢预热过程会造成二恶英的生成。结语综上所述，大量氧、氮、氩气的供应，是保证现代大型电炉炼钢车间高效、节能、环保、节约资源生产优质低合金钢和微合金钢的必备条件。现代电炉炼钢为了缩短冶炼周期，